专利名称：利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子吸附/解吸方法，更详细的涉及一种利用逆流倾析(Counter Current Decantation, CO))方式进行锂离子的吸附以及解吸,从而经济有效地从盐水萃取锂离子的锂离子吸附/解吸方法。
背景技术：
最近，随着手机、笔记本电脑以及电动车产业的快速发展，对便携式能源的国际需求也正在急速增长。作为能源，尤其是锂二次电池的应用正在迅猛增大。目前，锂二次电池产业主要盛·行于韩国、日本、中国等国家，随着对锂二次电池的需求快速增长，作为核心原料的锂的消耗量也在急剧增加。并且，虽然难以定量化进行太阳能以及风力发电站所需的锂离子电池规模，但预期锂离子电池会与新能源汽车(green car)—同成为又一个成长动力。出于这种理由，锂将成为将来几十年由二次电池引领的能源革命之关键，从长远的资源安全保障层次来讲，确保有效的萃取锂离子的技术可谓是必然趋势。最近，正在进行着用于有效地萃取含在盐水(brine)中的锂离子的多项研究。盐水中含有离子形态的锂、镁、钠、氯等诸多成分。从这种盐水萃取锂离子的过程包括镁去除过程、锂离子吸附/解吸过程等。此时，锂离子吸附/解吸过程通过如下的工艺进行向去除了镁离子的盐水投入吸附剂来吸附规定时间锂离子之后，将吸附了所述锂离子的吸附剂投入到盐酸等强酸溶液来重新解吸锂离子。然而，这种以往的锂吸附/解吸过程具有吸附以及解吸锂离子所需时间长，而且因锂离子的吸附量以及解吸量低而导致生产率低的缺点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用能够经济有效地从盐水萃取锂离子，来提高锂离子的萃取效率的同时节减萃取成本的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法。用于实现上述目的的本发明实施例的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法，其特征在于，包括如下的步骤盐水供应步骤，向多个吸附反应容器中的一个吸附反应容器内供应盐水，锂离子吸附步骤，向供应有所述盐水的吸附反应容器投入吸附剂之后，使所述盐水和吸附剂依次在所述多个吸附反应容器的各个内部逆流来将锂离子吸附到所述吸附剂，以及锂离子解吸步骤，使吸附有所述锂离子的吸附剂依次在多个解吸反应容器的各个内部逆流来从所述吸附剂解吸锂离子；向供应有所述盐水的吸附反应容器投入吸附剂之后，用搅拌棒搅拌所述盐水以及吸附剂，使得所述吸附剂在所述多个吸附反应容器的各个内部沉降或成为未悬浮的中间状态。所述吸附剂的平均粒度为I 50 。
所述吸附剂是氧化锰或氧化铝。所述氧化锰满足化学式ΗηΜη2_χ04 (其中，I彡η彡I. 33,0彡χ彡O. 33、η彡1+χ)。在所述解吸步骤中，解吸溶液选自包含盐酸、硫酸以及硝酸在内的强酸之中。所述多个吸附反应容器由第一吸附反应容器至第三吸附反应容器构成。所述锂离子吸附步骤包括如下的步骤第一吸附步骤，使装填在所述第一吸附反应容器内的盐水以及吸附剂第一次逆流来将锂离子第一次吸附到所述吸附剂；第二吸附步骤，将经过所述第一吸附步骤的反应物投入到第二吸附反应容器之后，使所述反应物第二次逆流来将锂离子第二次吸附到所述吸附剂；以及第三吸附步骤，将经过所述第二吸附步骤的反应物投入到第三吸附反应容器之后，使所述反应物第三次逆流来将锂离子第三次吸附到所述吸附剂。所述多个解吸反应容器由第一解吸反应容器至第三解吸反应容器构成。·用于实现上述目的的本发明实施例的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸装置，其特征在于，包括相连接的多个吸附反应容器，使得为了使锂离子吸附到吸附剂而投入的盐水和吸附剂依次在所述多个吸附反应容器的各个内部逆流，以及相连接的多个解吸反应容器，配置于所述多个吸附反应容器的下游，并为了从所述吸附剂解吸锂离子，而使吸附有通过与所述多个吸附反应容器相连接的连接管线从所述多个吸附反应容器脱离的锂离子的吸附剂依次在所述多个解吸反应容器的内部逆流；用搅拌棒搅拌所述盐水以及吸附齐U，使得所述吸附剂在所述多个吸附反应容器的各个内部沉降或成为未悬浮的中间状态。所述吸附剂的平均粒度为I 50 。 所述吸附剂是氧化锰或氧化铝。所述氧化锰满足化学式ΗηΜη2_χ04 (其中，I彡η彡I. 33、0彡χ彡O. 33、η彡1+χ)。待装填到所述多个解吸反应容器内的解吸溶液选自包含盐酸、硫酸以及硝酸在内的强酸之中。所述多个解吸反应容器由第一解吸反应容器至第三解吸反应容器构成。采用本发明的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法的情况下，能够依次在多个吸附反应容器内逆流来吸附锂离子之后，继续在多个解吸反应容器逆流来解吸锂离子，从而能够使吸附率达到65±5%、解吸率达到95±3%。由此，采用本发明的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法的情况下，能够经济有效地从盐水萃取锂离子。
图I是表示本发明实施例的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法的工艺流程图。图2是简要表示本发明实施例的锂离子吸附步骤以及锂离子解吸步骤的工艺示意图。图3是用于说明本发明实施例的吸附反应容器内的吸附反应的反应示意图。附图标记的说明 112 :吸附反应容器 140 :搅拌棒150 :盐水 155 :锂 160 :吸附剂
具体实施例方式以下参照附图详细说明的实施例会让本发明的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法更加明确。但是，本发明不局限于以下所公开的实施例，能够以各种方式实施，本实施例只用于使本发明的公开内容更加完整，有助于本发明所属技术领域的普通技术人员完整地理解本发明的技术领域，本发明根据权利要求书的范围而定义。在说明书中，相同的附图标记指称相同的结构元件。下面，将参照附图对本发明优选实施例的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法进行详细说明。图I是表示本发明实施例的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法的工艺 流程图，图2是简要表示本发明实施例的锂离子吸附步骤以及锂离子解吸步骤的工艺示意图。参照图I及图2，本发明的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法包括盐水供应步骤S110、锂离子吸附步骤S120以及锂离子解吸步骤S130。盐水供应步骤
在盐水供应步骤SllO中，向多个吸附反应容器112、114、116中的一个吸附反应容器112内供应盐水。所述吸附反应容器112从与其连接的盐水供应源(未图示)受到盐水供应。此时，虽然未作图示，但从所述盐水供应源供应到吸附反应容器112的盐水是采自南美洲乌尤尼盐沼或者阿塔卡马盐水湖中的盐水等。虽然未作图示，在所述盐水供应步骤SllO之前或之后还包括去除镁的步骤。在镁去除步骤中，从盐水(brine)去除镁离子(Mg2+)。镁离子(Mg2+)的大小相对小于锂离子(Li+)的大小。由此，以下要说明的在吸附锂离子时，会出现镁离子与锂离子一同被吸附的倾向，因而需要在进行锂离子的吸附过程之前事先从盐水去除镁。镁的去除通过如下的方法进行使镁离子(Mg2+)沉淀成氢氧化镁(Magnesiumhydroxide)、草酸续(Magnesium oxalate)、碳酸续(Magnesium carbonate)等形态的沉淀物来将镁离子(Mg2+)去除。锂离子吸附步骤
在锂离子吸附步骤S120中，向供应有盐水的吸附反应容器112投入吸附剂之后，使所述盐水和吸附剂依次在多个吸附反应容器114、116的各个内部逆流来将锂离子吸附到吸附剂。另一方面，图3是用于说明本发明实施例的吸附反应容器内的吸附反应的反应示意图。参照图2及图3，吸附剂160包含氧化锰或氧化铝，但优选地，利用其中吸附锂离子155的效率相对优良的氧化锰。本发明的实施例中所利用的氧化锰的例子能够举以下化学式I的氧化锰，(化学式I)
ΗηΜη2_χ04 (其中，I ^ n ^ I. 33、0 彡 χ 彡 O. 33、η 彡 1+χ)。最优选地，利用以下化学式2的氧化锂，
(化学式2)
Hi. 33^! 67。4。在将所述氧化锰用作吸附剂160的情况下，氧化锰与盐水之间的化学反应式满足以下化学式3，
(化学式3)
Hl S3Mn1.6704+0. 59Li+ — Ha74Lia59Mnh67OjO. 59H+。 此时,通过逆流倾析(counter current decantation :CO))方式，装填待供应到所述吸附反应容器112内的盐水150和吸附剂160。所述逆流倾析方式是指，使得要在反应容器内沉降或待装填到反应容器内的固体和液体的流动方向配置成相反方向的连续式多级沉降分离法。如上所述，就供应到吸附反应容器112内的盐水150和吸附剂160而言，通过旋转搅拌棒140来搅拌规定时间，使得吸附剂160在吸附反应容器112完全沉降或成为未完全悬浮的中间状态，换言之使吸附剂160的悬浮程度约占吸附反应容器112的总体积的50%，通过这种搅拌过程，锂离子155被所述吸附剂160吸附，且吸附剂160的氢气分解而被去除。此时优选地，所述吸附剂160的平均粒度为I 50 。如果所述吸附剂160的平均粒度小于I ，就会存在由于其粒度过于微细，即使搅拌速度为规定速度以下而较慢，吸附剂160也无法沉降的问题。相反，如果所述吸附剂160的平均粒度超过50 ，就会存在即使搅拌速度达到规定速度以上，吸附剂160也会沉降而不能取得规定程度以上的锂离子吸附效果的问题。举个例子，所述多个吸附反应容器由第一吸附反应容器112、第二吸附反应容器114以及第三吸附反应容器116构成。此时，所述锂离子吸附步骤包括第一吸附步骤、第二吸附步骤以及第三吸附步骤。在第一吸附步骤中，使装填在第一吸附反应容器112内的盐水150以及吸附剂160第一次逆流来将锂离子155第一次吸附到所述吸附剂160。在第二吸附步骤中，将经过所述第一吸附步骤的反应物170投入到第二吸附反应容器114之后，使所述反应物170第二次逆流来将锂离子155第二次吸附到吸附剂160。在第三吸附步骤中，将经过所述第二吸附步骤的反应物170投入到第三吸附反应容器116之后，使所述反应物170第三次逆流来将锂离子155第三次吸附到吸附剂160。如上所述，在待投入到所述第一吸附反应容器至第三吸附反应容器112、114、116内的盐水150以及吸附剂160根据逆流倾析方式在各吸附反应容器内逆流的过程中，固体和液体按照相反的方向流动来阶段性地提高从盐水150吸附到吸附剂160的锂离子155的浓度。由此，在利用本发明的锂离子吸附/解吸方法的情况下，将在最终步骤吸附到吸附剂160的锂离子155的吸附率为65±5%。锂离子解吸步骤在锂离子解吸步骤S130中，使吸附有锂离子155的吸附剂160，即反应物170依次在多个解吸反应容器122、124、126的各个内部逆流来从吸附有锂离子155的吸附剂160解吸锂尚子155。通过进行这种锂离子解吸步骤S130来选择性地仅萃取锂离子155。此时优选地，所述解吸溶液选自包含盐酸、硫酸以及硝酸在内的强酸之中。在这里，举个例子，所述多个解吸反应容器由第一解吸反应容器122、第二解吸反应容器124以及第三解吸反应容器126构成。此时，在待投入到所述第一解吸反应容器至第三解吸反应容器122、124、126内的吸附有锂离子155的吸附剂160根据逆流倾析方式逆流的过程中，固体和液体按照相反的方向流动来阶段性地提高从吸附有锂离子155的吸附剂160解吸的锂离子的浓度。 由此，通过所述锂离子解吸步骤S130，从所述吸附剂160解吸的锂离子155的解吸率能够达到95 ±3%。此时，全部通过第一解吸反应容器至第三解吸反应容器122、124、126的反应物170，能够经由未图示的排出部排出，或者也能将该反应物170输送到第一吸附反应容器至第三吸附反应容器112、114、116来再利用。本发明实施例的利用逆流倾析方式的锂离子吸附/解吸方法能够采用进行一系列的反复工艺的方式。如上所述，在本发明的利用逆流倾析方式的锂离子吸附/解吸方法中，依次在多个吸附反应容器的各个内部逆流来吸附锂离子之后，依次在多个解吸反应容器的各个内部逆流来解吸锂离子，从而能够得到吸附率达到65±5%、解吸度达到95±3%的效果。由此，本发明能够经济有效地从盐水萃取锂离子。以上，虽然以本发明的实施例为中心进行了说明，但是，对于本发明所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种变更或变形。这种变更和变形应视为在不脱离本发明提供的技术思想的范围下均属于本发明。由此，本发明的权利范围应当根据所记载的权利要求书而进行判断。
权利要求
1.一种利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法，其特征在于，包括如下的步骤盐水供应步骤，向多个吸附反应容器中的一个吸附反应容器内供应盐水，锂离子吸附步骤，向供应有所述盐水的吸附反应容器投入吸附剂之后，使所述盐水和吸附剂依次在所述多个吸附反应容器的各个内部逆流来将锂离子吸附到所述吸附剂，以及锂离子解吸步骤，使吸附有所述锂离子的吸附剂依次在多个解吸反应容器的各个内部逆流来从所述吸附剂解吸锂离子；向供应有所述盐水的吸附反应容器投入吸附剂之后，用搅拌棒搅拌所述盐水以及吸附剂，使得所述吸附剂在所述多个吸附反应容器的各个内部沉降或成为未悬浮的中间状态。
2.根据权利要求I所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法，其特征在于，所述吸附剂的平均粒度为I 50 。
3.根据权利要求I所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法，其特征在于，所述吸附剂是氧化锰或氧化铝。
4.根据权利要求3所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法，其特征在于，所述氧化锰满足化学式ΗηΜη2_χ04 (其中，I ^ n ^ I. 33,0彡χ彡O. 33、η彡1+χ)。
5.根据权利要求I所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法，其特征在于，在所述解吸步骤中，解吸溶液选自包含盐酸、硫酸以及硝酸在内的强酸之中。
6.根据权利要求I所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法，其特征在于，所述多个吸附反应容器由第一吸附反应容器至第三吸附反应容器构成。
7.根据权利要求6所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法，其特征在于，所述锂离子吸附步骤包括如下的步骤第一吸附步骤，使装填在所述第一吸附反应容器内的盐水以及吸附剂第一次逆流来将锂离子第一次吸附到所述吸附剂；第二吸附步骤，将经过所述第一吸附步骤的反应物投入到第二吸附反应容器之后，使所述反应物第二次逆流来将锂离子第二次吸附到所述吸附剂；以及第三吸附步骤，将经过所述第二吸附步骤的反应物投入到第三吸附反应容器之后，使所述反应物第三次逆流来将锂离子第三次吸附到所述吸附剂。
8.根据权利要求I所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法，其特征在于，所述多个解吸反应容器由第一解吸反应容器至第三解吸反应容器构成。
9.一种利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸装置，其特征在于，包括相连接的多个吸附反应容器，使得为了使锂离子吸附到吸附剂而投入的盐水和吸附剂依次在所述多个吸附反应容器的各个内部逆流，以及相连接的多个解吸反应容器，配置于所述多个吸附反应容器的下游，并为了从所述吸附剂解吸锂离子，而使吸附有通过与所述多个吸附反应容器相连接的连接管线从所述多个吸附反应容器脱离的锂离子的吸附剂依次在所述多个解吸反应容器的内部逆流；用搅拌棒搅拌所述盐水以及吸附剂，使得所述吸附剂在所述多个吸附反应容器的各个内部沉降或成为未悬浮的中间状态。
10.根据权利要求9所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸装置，其特征在于，所述吸附剂的平均粒度为I 50 。
11.根据权利要求9所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸装置，其特征在于，所述吸附剂是氧化锰或氧化铝。
12.根据权利要求11所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸装置，其特征在于，所述氧化锰满足化学式ΗηΜη2_χ04 (其中，I ^ n ^ I. 33,0彡χ彡O. 33、η彡1+χ)。
13.根据权利要求9所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸装置，其特征在于，待装填到所述多个解吸反应容器内的解吸溶液选自包含盐酸、硫酸以及硝酸在内的强酸之中。
14.根据权利要求9所述的利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸装置，其特征在于，所述多个解吸反应容器由第一解吸反应容器至第三解吸反应容器构成。
全文摘要
本发明提供利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸装置及其方法，吸附率达到65±5%、解吸率达到95±3%。利用逆流倾析工艺的锂离子吸附/解吸方法包括盐水供应步骤，向多个吸附反应容器中的一个吸附反应容器内供应盐水，锂离子吸附步骤，向供应有盐水的吸附反应容器投入吸附剂后，使盐水和吸附剂依次在多个吸附反应容器的各个内部逆流来将锂离子吸附到吸附剂，及锂离子解吸步骤，使吸附有锂离子的吸附剂依次在多个解吸反应容器的各个内部逆流来从吸附剂解吸锂离子；向供应有盐水的吸附反应容器投入吸附剂后，用搅拌棒搅拌盐水及吸附剂，使吸附剂在多个吸附反应容器的各个内部沉降或成为未悬浮的中间状态。
文档编号C22B3/24GK102918170SQ201180015894
公开日2013年2月6日 申请日期2011年10月12日 优先权日2010年11月26日
发明者金俊秀, 李珍荣, 郑景友, 李厚仁 申请人:韩国地质资源研究院